Продукция / технология импортозамещения

– продукт – программно-аппаратный комплекс модификации поверхности методом микродугового оксидирования;
– технология модификации поверхности методом микродугового оксидирования;
– услуги по нанесению покрытий (развитию поверхности) изделий из металлов вентильной группы (алюминий, титан) и сплавов на их основе.

Зарубежные аналоги 

– установка KT20-50, лабораторная система плазменного электролитического оксидирования (KERONITE, Великобритания);
– Plasma electrolytic oxidation power supply (MILMAN THIN FILM SYSTEMS PVT. LTD., Индия);
– Micro-arc oxidation power supply (Plasma Technology Ltd., Гонконг);
– Experimental Plasma Electrolytic Oxidation Process Set-up (NanoCoatings, Inc., США);
– установки MAO-30A, MAO-30B, MAO-100A, MAO-100B, MAO-200A (MAO Environmental Protection Technology DG Co., Ltd., Китай);
– Current controller power supply (Aixcon PowerSystems GmbH совместно с Innovent Jena e.V., Германия).

Конкурентные преимущества

– снижение энергопотребления технологического процесса получения оксидных покрытий не менее, чем в 1,5 раза;
– снижение длительности отработки технологии и длительности процесса нанесения покрытий не менее, чем в 2 раза;
– практически 100% исключение ошибок при создании покрытий с заданными свойствами;
– снижение основной относительной погрешности измерения параметров процесса нанесения и свойств формируемых покрытий до ±0,5%.

Вид проекта

Прикладное научное исследование

Ожидаемый результат реализации

– создание импортозамещающих продуктов или технологий отечественного производства;
– повышение эффективности технологического процесса микродугового оксидирования и качества оксидных покрытий.

Область применения / рынок / потребители

Предприятия, специализирующиеся на производстве изделий приборостроительной, авиационно-космической, машиностроительной отраслей, продукции двойного назначения, медицинской техники, производящие изделия из металлов и сплавов вентильной группы.

Пензенская область: АО "Сердобский машиностроительный завод", АО "Нижнеломовский электромеханический завод", ООО «Виллина», ООО "Химтехпласт", ООО «Центр металлообработки», ООО «КУЗМС» (г. Кузнецк), ООО «Пензенский завод Телема Гино», ООО «Ромет», предприятия приборостроительного кластера «Безопасность», биомедицинского кластера "Биомед".

Назначение инновации

– улучшение положения на рынке продукции, соответствующей традиционным направлениям бизнеса организации, путем вывода на рынок более конкурентоспособного вида такой продукции;
– выход на новый рынок продукции, соответствующей новому направлению бизнеса организации;
– более эффективное использование производственной базы предприятия.

Научно-техническое описание

Программно-аппаратный комплекс состоит из уникальной аппаратной части, авторского программного обеспечения.

Структура аппаратной части управляемого синтеза МДО-покрытий включает следующие элементы: источник технологического тока (cостоит из силового модуля и коммутатора); источник питания низковольтной электроники; модули измерений и управления, USB-осциллограф, гальваническая ячейка.

Основные функциональные возможности программно-аппаратного комплекса – исследование закономерностей протекания процесса микродугового оксидирования во времени путем регистрации формовочных кривых напряжения, измерение динамических вольтамперных характеристик процесса МДО и импеданса структуры «электрод – покрытие – электролит», контроль выработки и температуры электролита. Обеспечена возможность контролируемого изменения токового режима непосредственно во время проведения процесса МДО.

Характеристики измерительной части программно-аппаратного комплекса:

Управляющая программа функционирует в двух основных режимах: оксидировании и измерении импеданса.

Возможна разработка и создание программно-аппаратно комплекса с требуемыми техническими характеристиками по индивидуальному техническому заданию с учетом того, что площадь модифицируемой поверхности зависит от значения силы тока через образец. Имеется опыт создания промышленной технологической установки со значением силы тока 100 А.

Новизна проекта и конкрентное инновационное решение

К металлическим деталям и узлам, применяемым в изделиях приборостроения, машиностроения, устройствах бытового назначения, авиационно-космической, военной техники, медицинских имплантах предъявляются повышенные требования к параметрам качества, характеризующим их износо- и коррозионную стойкость. Для легких металлов (таких, как алюминий, титан и др.) перспективным способом решения указанной проблемы является микродуговое оксидирование, позволяющее сформировать на поверхности детали оксидную пленку, по микротвердости, химической устойчивости и адгезии к подложке значительно превосходящую покрытия, полученные традиционным анодированием.

Свойства МДО-покрытий:

В настоящее время главный недостаток технологии МДО – плохая управляемость, обусловленная недостаточной изученностью и отсутствием формализованного описания зависимостей между свойствами оксидных покрытий от широкого спектра разнородных влияющих факторов. Предлагаемый программно-аппаратный комплекс имеет ряд конкурентных преимуществ: в несколько раз увеличиваетcя не только коррозионная и износостойкость, но и повышается эффективность технологического процесса. При этом снижается энергопотребление, время отработки технологии и повышается воспроизводимость требуемых параметров покрытий. Благодаря оксидному покрытию коррозионная стойкость металла увеличивается не менее, чем в 2,5 раза, износостойкость – в два раза.

Стадия развития проекта

Уровень готовности TRL – 4:
– выполнены НИОКР;
– имеется конструкторская документация;
– изготовлен макетный образец.

Правовая защита

Получен патент на изобретение:
Пат. 2719467 C1 Российская Федерация, МПК G06F 17/10, G06F 11/30. Способ комплексного контроля состояния многопараметрического объекта по разнородной информации // В.А. Баранов, О.Е. Безбородова, О.Н. Бодин, А.И. Герасимов, Е.А. Печерская, В.В. Шерстнев – № 2019134726; заявл. 11.11.2019; опубл. 17.04.2020.Бюл. №11.

Получены 8 свидетельств о регистрации баз данных, в том числе:
– 2021621769 Функциональные и метрологические модели канала измерения импеданса МДО-покрытия / Е.А. Печерская, П.Е. Голубков, О.В. Карпанин, В.С. Александров, М.И. Сафронов – № 2021621632; заявл. 03.08.2021; опубл. 19.08.2021. Бюл. № 8;
– 2021622381 Анализ погрешностей согласования аппаратной части интеллектуальной системы синтеза МДО-покрытий / Е.А. Печерская, П.Е. Голубков, О.В. Карпанин, И.Н. Камардин, В.С. Александров – № 2021621784; заявл. 26.08.2021; опубл. 02.11.2021. Бюл. № 11;
– 2021621674 База данных «Структура аппаратной части автоматизированной системы синтеза покрытий методом микродугового оксидирования» / Е.А. Печерская, П.Е. Голубков, О.В. Карпанин, М.И. Сафронов, А.В. Лысенко, К.С. Качурина – № 2021621559; заявл. 30.07.2021; опубл. 05.08.2021. Бюл. № 8.

Этапы выполнения проекта

Этап 1.
1.1 Разработка и усовершенствование технологии микродугового оксидирования для получения покрытий с заданными свойствами на изделиях из алюминия, титана и их сплавов.
1.2. Разработка совокупности моделей взаимосвязей между технологическими режимами и параметрами синтезируемых покрытий с заданными свойствами.
Этап 2.
2.1. Разработка автоматизированных методов и средств измерений параметров процесса микродугового оксидирования и МДО-процесса.
2.2. Разработка структуры макета, комплекта схем программно-аппаратного комплекса синтеза МДО-покрытий с заданными свойствами
Этап 3.
3.1. Разработка автоматизированных методик выбора технологических режимов, методик синтеза МДО-покрытий
3.2 Разработка баз данных, информационного программно-аппаратного комплекса, разработка ПО.
3.3 Создание макета программно-аппаратного комплекса синтеза МДО-покрытий с заданными свойствами.
3.4. Изготовление опытного образца.
3.5. Изготовление промышленного образца.

Возможные пути коммерциализации разработки:
1. Продажа программно-аппаратных комплексов промышленным предприятиям. При покупке устройства клиенту будет предоставляться техническая документация с технологическими рекомендациями и инструкцией по пополнению базы данных.
2. В случае создания мобильного промышленного образца, возможен вариант ее сдачи  в аренду за арендную плату.
3. Техническое и сервисное обслуживание.
4. Продажа модулей и комплектующих.
5. Возможно оказание услуг для физических и юридических лиц по нанесению оксидных покрытий.
Затраты на реализацию продукта состоят из затрат на проектирование и изготовление программно-аппаратного комплекса, маркетинговое продвижение и организацию производства.

Имеющиеся ресурсы для реализации проекта

– в ходе успешного выполнения ряда НИР создан научно-технический задел проекта, а именно фундаментальные основы по установлению взаимосвязей между параметрами технологического процесса МДО и свойствами оксидных покрытий на основе комплексного системного подхода;
– разработан лабораторный стенд для исследования процессов микродугового оксидирования;
– создана команда, имеющая опыт реализации аналогичных проектов.

Поддержка в программах и конкурсах

– проект «Исследование взаимосвязей факторов, влияющих на свойства МДО-покрытий в процессе их автоматизированного управляемого синтеза» (2019-2021 гг.) – Российский фонд фундаментальных исследований (проект № 19-08-00425);
– проект «Разработка интеллектуальной автоматизированной установки управляемого синтеза защитных покрытий легких сплавов» (2019-2021 гг.) –  Фонд содействия инновациям;
– проект «Разработка структуры аппаратно-программного технологического комплекса для получения покрытий методом микродугового оксидирования» (2021 г. - по наст. вр.) – НОЦ «Инженерия будущего».

Экспонат представлен на международных выставках, в том числе:
– Московский международный форум инновационного развития «Открытые инновации» (14-16 октября 2020 г.) – Москва, Инновационный центр «Сколково»;
– онлайн-экспозиция Китайской международной выставки высоких технологий China Hi-Tech Fair, CHTF (декабрь 2021 г.) – http://cis.chtf.com/OnlinePCEN/#/good-detail?gid=ff8080817c749664017c7e693cd1325c

Стоимость проекта и срок реализации

– от 500 тыс руб. – продажа готового макета программно-аппаратного комплекса минимальной комплектации без необходимости проведения дополнительных НИОКР;
– ориентировочно 18 млн руб. – при проведения дополнительных НИОКР по индивидуальному техническому заданию.
Срок реализации – 24 месяца.

Направления использования инвестиций

– завершение НИОКР по конкретному техническому заданию (объем инвестиций около 15 млн руб. в год;
– подготовка производства (объем инвестиций договорной, зависит от типа производства);
– маркетинговые исследования (объем инвестиций договорной, зависит от охвата исследуемого рынка);
– продвижение продукции на рынке (объем инвестиций договорной).

Схема коммерциализации проекта

– совместный бизнес;
– создание производства;
– хозяйственный договор;
– техническая кооперация;
– коммерческое соглашение с техническим содействием;
– соглашение о совместном предприятии;
– лицензионное соглашение;
– привлечение финансовых ресурсов;
– дальнейшие исследования.

Перспективы развития

Технология и интеллектуальная система синтеза оксидных покрытий с заданными свойствами на деталях и узлах легких металлов (таких, как алюминий, титан и др.) методом микродугового оксидирования позволяет сформировать на поверхности детали оксидную пленку, по микротвердости, химической устойчивости и адгезии к подложке значительно превосходящую покрытия, полученные традиционным анодированием.
На данный момент потенциальным инвесторам предлагается демонстрация действующего макета программно-аппаратного комплекса.

Планируемый период проведения дополнительных НИОКР с целью разработки прототипов продукции (технологии) для демонстрации потенциальным инвесторам: до 3 лет.

Информация о разработчиках проекта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Пензенский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ПГУ»)
ул. Красная, д. 40, г. Пенза, Россия, 440026
Тел/факс: (841-2) 66-63-32, е-mail: cnit@pnzgu.ru, http://www.pnzgu.ru

Научный руководитель

Печерская Екатерина Анатольевна, доктор технических наук, доцент,
заведующий кафедрой «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ,
телефон +7(8412)66-65-96, e-mail: iit@pnzgu.ru

Авторский коллектив:

Карпанин Олег Валентинович, заведующий службой калибровки и ремонта
кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ

Голубков Павел Евгеньевич, кандидат технических наук,
инженер-исследователь научно-производственной лаборатории «Полет»
кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ